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第卷第期力学与实践年月
机床主轴力学特性有限元分析
千学明, 朱育权林晓萍
西安工业大学机电工程学院,西安西安交通大学机械工程学院,西安
摘要建立了机床主轴的力学简化模型,计算了在计算转速下的受力参数,从而建立起有限元分析
模型,采用四面体单元划分网格,分析了机床主轴在加工过程中的变形和应力,依据有限元分析结果,提出了
减小机床加工误差的方法.
关键词力学特性, 机床,有限元
,十,
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十’,’,
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主轴结构复杂,采用经验公式进行验算, 机床主轴简化受力模型
不仅计算复杂,,所示展开图,机床前支撑、
元分析,将求解域看成后支撑都是短支撑,
是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一率的最低转速处于低速传动组内,所以动力通过
单元假定一个合适的较简单的近似解,然后推导
轴上的小齿轮和轴上的大齿轮:传给主轴.
求解这个域总的满足条件如结构的平衡条件,从
,而且
能适应各种复杂形状,因而成为行之有效的工程分
析手段,
有限元分析可分成前处理和后处理两个阶段.
前处理是建立有限元模型,完成单元网格划分;后
处理则是采集处理分析结果,使用户能简便提取信
息,
机床主轴的受力模型,针对机床主轴是多段台
阶轴的特点,
机床主轴箱展开图
向前中后三段添加约束,根据体分析特点,采用面
图机床主轴简化受力模型
体单元对几何模型进行单元划分.
——收到第稿, —收到修改稿
,
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第期千学明等:机床主轴力学特性有限元分析
率时的最低转速. 表示主轴最大扭矩.
表示主轴的最大功率. 。时,主轴传递全功
率,而则随转速增加而减小,此段为恒功率工作
范围; 。时,而则随转速的降低
而减少,
床,其计算转速是根据调查分析和测定而得出的.
根据文献】,中型通用机床和用途较广的半自动机
床的。的确定公式为
/。一
机床主轴箱侧视图
其中表示机床的计算转速, 表示机床的最
▲
. 低转速, 表示机床转速之间的公比, 表示机床
。÷
】, 转速级数. 机床/, .,
,、一.
举计算可得到机床计算转速×
./.
一.
机床主轴力学简化模型
图机床主轴简化受力模型续
车床的车削力中主切削力最大,其余两个相比之下
影响较小,可忽略不计, 由此简化后的力学模型如
图所示.
图中, 分别表示主轴上大齿轮所受轴向力
和切向力. 表示刀具对工件的主切削力. 表
示由产生的扭矩, 表示产生的扭矩.
机床主轴的计算转速和计算转速下的受力
图机床主轴传动功率和扭矩特性
参数
. 计算转速下的受力参数计算
主轴在加工过程中,以最低转速传动全功率时力
主轴扭矩计算公式为
学特性最差,这个传递全功率的最低转速称为计算
转速.